CN103888362B - 多频段无线传感器网数据路由器及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频段无线传感器网数据路由器及***，要解决的技术问题是使物联网接入传感设备的方式灵活多样。本发明的网络处理模块与3G接入、433M收发器和蓝牙4.0收发器模块建立通信连接，网络处理模块内置有无线路由器和有线局域网路由器。本发明的多频段无线传感器网数据路由器***，设有下发模块和上送模块。本发明与现有技术相比，可以将多个频率和多种通信协议的传感器接入物联网，物联网感知层的多频率多通信协议的传感器被接入物联网的网络层，实现物联网感知区域多频率多通信协议节点传感器与外部网络直接通信，传感器的接入方式可以根据实际应用需求添加或删除，接入方式灵活多样，使用方便，***稳定可靠。

Description

多频段无线传感器网数据路由器及***

技术领域

本发明涉及一种网关设备和***，特别是一种物联网的路由器和***。

背景技术

物联网是一个涉及通信、传感器、控制和信息的综合性网络。简单的说物联网可以理解为：各种传感设备（传感器）将各自获得的物理量的数据通过有线或无线网络汇总到路由器，路由器将数据通过网络发送到监控中心的网络服务器，网络服务器再配合相应的管理***，实现对传感设备远程监视、数据管理、数据处理、并根据处理后的数据自动报警、主动识别、故障诊断和对故障点进行维护。大多数现有技术的物联网路由器仅支持一种频率或某个通信协议的传感设备接入，物联网路由器的这种特性不仅限制了其他频率或通信协议传感设备的使用，还使物联网组网的应用受到限制，影响物联网的灵活性，方便性，多样性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多频段无线传感器网数据路由器及***，要解决的技术问题是使物联网接入传感设备的方式灵活多样，使用方便。

本发明采用以下技术方案：一种多频段无线传感器网数据路由器，由网络处理模块、3G接入模块、433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块组成，网络处理模块与3G接入模块、433M收发器模块和蓝牙4.0收发器模块建立通信连接，所述网络处理模块内置有与WiFi模块建立通信连接的无线路由器和与以太网建立通信连接的有线局域网路由器。

本发明的3G接入模块通过通用串行总线接口与网络处理模块建立通信连接，433M收发器模块通过通用异步收发传输器接口与网络处理模块建立通信连接，蓝牙4.0收发器模块经串行外设接口和通用异步收发传输器与网络处理模块建立通信连接，所述网络处理模块上设有与以太网建立通信连接的局域网接口。

本发明的433M收发器模块与1-20个传感器上的433M收发器无线通信连接，蓝牙4.0收发器模块与1-15个传感器上的蓝牙4.0收发器无线通信连接，WiFi模块与1-5个语音和视频设备的WiFi收发器无线通信连接。

本发明的网络处理模块设有网络处理器，网络处理器连接有网络处理时钟模块、16M字节的同步动态随机存储器、8M字节的闪存器、WiFi射频匹配模块、变压器阵列、通用串行总线接口、通用异步收发传输器接口、串行外设接口和通用异步收发传输器接口；所述网络处理器采用RT5350；所述WiFi模块由WiFi射频匹配模块连接WiFi天线构成；所述变压器阵列由5个以太网变压器PE68517并联连接组成，变压器的原端连接到网络处理器的以太网物理层接口，副端连接到RJ45连接器；所述WiFi射频匹配模块由两组WiFi射频匹配电路构成，WiFi射频匹配电路由WiFi电感电容T型电路和平衡到非平衡转换元件2450BL15B100串联组成，一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路一端连接WiFi发射天线，平衡到非平衡转换元件连接到网络处理器的WiFi射频功率放大接口；另一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路连接WiFi接收天线，平衡到非平衡转换元件连接到网络处理器的射频接收接口；所述WiFi接收天线和发射天线射频频率为2.4GHz，最大功率18dBm。

本发明的433M收发器模块设有射频收发芯片，射频收发芯片经433M射频匹配电路与433M射频天线连接；所述433M射频收发芯片采用CC430F5137；所述433M射频匹配电路由433M电感电容T型电路、433M电感电容π型电路和两个433M电感电容L型电路构成，433M电感电容T型电路与433MHz射频天线连接，433M电感电容π型电路一端连接到433M电感电容T型电路，另一端经两个串联的433M电感电容L型电路，连接到CC430F5137的RF_N和RF_P脚。

本发明的3G接入模块设有3G模块，3G模块经3G匹配电路连接天线；3G模块采用LISA-U200-01S；所述3G匹配电路由3G电感电容π型电路和3G电容电感T型电路串联构成，其中3G电感电容π型电路直接与天线连接，3G电感电容T型电路与LISA-U200-01S模块的ANT脚连接。

本发明的蓝牙4.0收发器模块设有蓝牙4.0收发器，蓝牙4.0收发器经2.4射频匹配电路与板载天线连接；所述蓝牙4.0收发器采用CSR8811；所述2.4G射频匹配电路由2.4G电感电容π型电路和2.4G电感电容T形电路串联连接构成，2.4G电感电容π型电路和板载天线连接，2.4G电感电容T型电路与CS8811的天线管脚连接。

本发明的433M收发器模块与采集家居安全、智能电表、矿井瓦斯监控、人员定位或设备管理数据的传感器上连接的433M收发器无线连接，蓝牙4.0收发模块与采集个人医疗健康监护或音频数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器无线连接，WiFi模块与网络浏览、即时通信、图片传输、音频或视频通信上连接的WiFi收发器无线连接。

本发明的433M收发器模块与采集环境数据的传感器上连接的433M收发器无线连接，蓝牙4.0收发模块与采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器无线连接，WiFi模块与语音和视频设备上连接的WiFi收发器无线连接。

一种多频段无线传感器网数据路由器***，设有下发模块和上送模块；所述下发模块设有服务器数据接收模块、服务器数据管理模块、433M传感器数据发送模块、蓝牙4.0传感器数据发送模块和WiFi传感器数据发送模块；所述上送模块设有传感器数据发送模块、传感器数据管理模块、433M传感器数据接收模块、蓝牙4.0传感器数据接收模块和WiFi传感器数据接收模块；

所述服务器数据接收模块接收网络服务器经以太网或通用移动通信***发来的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，发送到服务器数据管理模块；

所述服务器数据管理模块接收到服务器数据接收模块发来的数据，分别将目标地址为433M收发器模块的数据暂存在数据队列4中，将目标地址为蓝牙4.0收发器模块的数据暂存在数据队列5中，将目标地址为WiFi模块的数据暂存在数据队列6中，按照设定的从高到低的级别顺序为：433M收发器模块级别最高优先，蓝牙4.0收发器模块级别中等次之，WiFi模块级别最低，首先将数据队列4中的数据分别打包发往433M传感器数据发送模块，然后再将数据队列5中的数据分别打包发往蓝牙4.0传感器数据发送模块，最后再将数据队列6中的数据分别打包发往WiFi传感器数据发送模块；

所述433M传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令数据包，指令射频收发芯片将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集环境数据的传感器上连接的433M收发器；

所述蓝牙4.0传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据包，指令蓝牙收发器将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器；

所述433M传感器数据发送模块和蓝牙4.0传感器数据发送模块对发送的数据包进行校验，如果数据包发送错误或数据包丢失，则重发数据包；

所述WiFi传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关语音和视频设备、改变语音和视频设备参数的命令的数据包，指令WiFi射频匹配模块调制放大后输出到天线发射，发送到语音和视频设备上连接的WiFi收发器；

所述433M传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集环境数据的传感器上连接的433M收发器发送来的环境数据的信号，滤波放大，然后解调出环境数据，发送到传感器数据管理模块；

所述蓝牙4.0传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器发送来的人体生理数据的信号，滤波放大，解调出人体生理数据，发送到传感器数据管理模块；

所述WiFi传感器数据接收模块按时分复用方式接收语音和视频设备上连接的WiFi收发器发送来的语音和视频数据的信号，滤波放大解调，发送到传感器数据管理模块；

所述传感器数据管理模块分别对接收到的环境数据、人体生理数据和语音与视频数据，去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，建立数据队列1、数据队列2和数据队列3，将来433M收发器模块的环境数据、自蓝牙4.0收发器模块的人体生理数据和WiFi模块的语音和视频数据，分别暂存在数据队列1、2和3中，每个列队中按照每次数据到达的时间次序依次放入队列，组成数据包，将路由器的网络地址Mac地址作为包头的一部分，发送到传感器数据发送模块；

所述传感器数据发送模块将收到的数据队列1、2和3的数据包经有线局域网或通用移动通信***，发送到网络服务器；发送的顺序按设置级别从高到低为：数据队列1为来自433传感器数据接收模块的数据包，数据队列2为来自蓝牙4.0传感器数据接收模块的数据包，数据队列3为来自WiFi传感器数据接收模块的数据包。

本发明与现有技术相比，采用网络处理模块、3G接入模块、433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块组成多频段无线传感器网数据路由器，下发模块和上送模块组成的多频段无线传感器网数据路由器***，可以将多个频率和多种通信协议的传感器接入物联网，物联网感知层的多频率多通信协议的传感器被接入物联网的网络层，实现物联网感知区域多频率多通信协议节点传感器与外部网络直接通信，传感器的接入方式可以根据实际应用需求添加或删除，接入方式灵活多样，使用方便，***稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的多频段无线传感器网数据路由器的结构框图。

图2是本发明的网络处理模块的结构框图。

图3是本发明的433M收发器模块的结构框图。

图4是本发明的3G接入模块的结构框图。

图5是本发明的蓝牙4.0收发器模块的结构框图。

图6是本发明的多频段无线传感器网数据路由器***的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的多频段无线传感器网数据路由器（路由器），由网络处理模块、第三代移动通信3G接入模块、433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和无线宽带网WiFi模块组成。网络处理模块作为核心芯片，3G接入模块通过通用串行总线USB2.0HS接口与网络处理模块建立通信连接，433M收发器模块通过通用异步收发传输器UART接口与网络处理模块建立通信连接，蓝牙4.0收发器模块经串行外设接口SPI和UART与网络处理模块建立通信连接。网络处理模块内置有无线路由器和有线局域网路由器，无线路由器与WiFi模块建立通信连接，有线局域网路由器经网络处理模块上的局域网LAN接口与以太网建立通信连接。

433M收发器模块与传感器上连接的433M收发器建立长距离、穿透绕射能力强的无线通信连接，适用于传输的数据量小、需要传感器在小范围或室内实现全覆盖采集数据、在数据反应的信息出现异常时能快速响应并进行传输的场合，如：家居安全、智能电表、矿井瓦斯监控、人员定位或设备管理等场合。蓝牙4.0收发模块与传感器上连接的蓝牙4.0收发器建立短距离通信的无线连接，适用于传输数据量小的个人医疗健康监护或音频等场合，蓝牙4.0的功耗低，续航时间长。WiFi模块与语音和视频设备上连接的WiFi收发器建立无线宽带网通信连接，适用于传输数据量大的情况，如：网络浏览、即时通信、照片分享、音频或视频通信等。3G接入模块与远程的监控服务器经3G网建立无线通信连接，有线局域网路由器与远程的监控服务器经以太网建立通信连接。

连接有433M收发器的传感器为环境数据感应传感器或紧急报警器，如：一氧化碳浓度传感器、室内温度传感器、烟雾监测传感器、浴室进水传感器、活动传感器、紧急报警按钮等，数量为1-20个。连接有蓝牙4.0收发器的传感器为个人医疗健康监护测量仪或受话器与传声器，如：血压计、血糖仪、心电监测仪、睡眠监测仪、计步器、体脂秤、血脂三项监测仪、身高体重仪等，数量为1-15个。连接有WiFi收发器的语音和视频设备为1-5个。

本实施例中，当路由器用于管理监护室内老人的生活起居、身体状况的物联网时，433M收发器模块与采集环境数据的传感器上连接的433M收发器无线连接，环境数据为：室温、一氧化碳浓度、大门打开或关闭、求救和紧急报警按钮被按下等。蓝牙4.0收发模块与采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器无线连接，人体生理数据为：血糖、血压、心电数据和体温等。WiFi模块与语音和视频设备上连接的WiFi收发器无线连接。

网络处理模块分别通过UART接口接收433M收发器模块发送来的各类环境数据，通过SPI和UART接口接收从蓝牙4.0收发器模块发送来的各项人体生理数据，通过无线路由器接收WiFi模块发来的语音和视频数据。网络处理模块分别对环境数据、人体生理数据和语音与视频数据，按现有技术先进行抽取和过滤：去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据。再进行缓冲：在网络处理模块中建立三个数据队列，数据队列1、数据队列2和数据队列3，将来433M收发器模块的环境数据、自蓝牙4.0收发器模块的人体生理数据和WiFi模块的语音和视频数据，分别暂存在数据队列1、2和3中，每个列队中按照每次数据到达的时间次序依次放入队列。最后按现有技术进行打包：从数据队列1、数据队列2和数据队列3中依次获取每次的环境数据、人体生理数据和/或语音与视频数据，分别组成数据包，将路由器的网络地址Mac地址作为包头的一部分。经有线局域网路由器、网络处理模块上的局域网LAN接口和以太网，将数据包发送到网络服务器（上位机），或经3G接入模块和通用移动通信***UMTS，将数据包发送到网络服务器（上位机），完成数据上行的功能。

网络处理模块根据数据队列1、2和3中的数据所反应信息的性质或紧要程度，设置级别从高到低的顺序为：数据队列1为来自433M收发器模块的数据，数据队列2为来自蓝牙4.0收发器模块的数据，数据队列3为来自WiFi模块的数据。只有当高级数据队列的数据包全部发送完毕，才能发送较低级别数据队列的数据包，最后发送低级别数据队列的数据包。在发送较低或低级别数据队列的数据包的时候，如果高级别数据队列中有了新的数据队列，网络处理模块会中断对较低或低级别数据队列的数据包的发送，发送高级别数据队列中的数据包。同样，在发送低级别数据队列的数据包的时候，如果较低级别数据队列中有了新的数据队列，网络处理模块会中断对低级别数据队列的数据包的发送，发送较低级别数据队列中的数据包。

网络处理模块与网络服务器（上位机）的通信采用TCP/IP的通信协议，发送数据包的时候具有数据校验和数据重传的功能。

网络处理模块经以太网或3G接入模块接收到上位机发来的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，按现有技术先进行抽取和过滤：去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，进行整理分类：构建三个数据接收队列，分别为数据队列4、数据队列5和数据队列6，根据收到的数据的目标地址，分别将目标地址为433M收发器模块的数据暂存在数据队列4中，将目标地址为蓝牙4.0收发器模块的数据暂存在数据队列5中，将目标地址为WiFi模块的数据暂存在数据队列6中。抽取其中的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据。通过UART接口将开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令的数据转发到433M收发器模块，指令UART接口控制433M收发器模块将开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令的数据发送出去。通过SPI接口将开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据转发到蓝牙4.0收发器模块，指令UART接口控制蓝牙4.0收发器模块把开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据发送出去。通过无线路由器将开或关语音和视频设备、改变语音和视频设备参数的数据发到WiFi模块，指令WiFi模块将开或关语音和视频设备、改变语音和视频设备参数的命令的数据发送出去。完成数据和控制的下行功能。

网络处理模块按照设定的从高到低的级别顺序与433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块通信发送数据队列。设定的从高到低的级别顺序为：433M收发器模块级别最高优先，蓝牙4.0收发器模块级别中等次之，WiFi模块级别最低。在数据队列4、数据队列5和数据队列6中都有数据队列时，网络处理器模块首先将数据队列4中的所有数据包发往433M收发器模块，然后再将数据队列5中的所有数据包发往蓝牙4.0收发器模块，最后再将数据队列6中的数据包发往WiFi模块。在发送数据队列5或数据队列6的数据包时，如果数据队列4中有了新的数据队列，网络处理模块会中断对发送数据队列5或数据队列6的数据包的发送，发送数据队列4中的数据包。同样，在数据队列6的数据包的时候，如果数据队列5中有了新的数据队列，网络处理模块会中断对数据队列6的数据包的发送，发送数据队列5中的数据包。

433M收发器模块与采集环境数据的传感器上连接的433M收发器、蓝牙4.0收发器模块与传感器上连接的蓝牙4.0收发器之间的双向通信，需要对双向接收到的数据进行校验：双方将每次发送的数据封装成数据包，每个数据包的包头里都包含有一个独一无二的序列号，同时包头里包含有整个数据包的循环冗余校验码。数据包的接收方会对接收到的数据包进行解析并进行对应的循环冗余校验，如果数据正确，数据包的接收方会返回一个确认包给数据包发送方；如果数据不正确，数据包的接收方会返回一个错误提示给数据包发送方。如果数据包发送方没有收到确认包或收到了数据错误提示包，则说明数据包发送错误或数据包丢失。如果数据错误或数据包丢失，则需要发送方重发数据包。

3G接入模块，一方面接收上位机经通用移动通信***UMTS发送的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频的3G数据信号，按现有技术进行滤波解调识别，发送到网路处理模块。另一方面将网路处理模块发来的需要发送的环境数据、人体生理数据和/或语音与视频数据数据包，按现有技术调制后经UMTS发送到上位机。3G接入模块通过高速USB2.0HS接口和网路处理模块交换数据，从而完成将上位机发出的3G信号的接入到路由器的功能。3G接入模块同时接收800、850、1900和2100MHz的移动通信信号，可以进行高速数据信息包接入/存取HSPA（High-Speed Packet Access）、通用分组无线服务GPRS（General Packet Radio Service）和增强型数据速率GSM演进EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution）的数据通信。

有线局域网路由器，一方面接收上位机经以太网发送的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频的3G数据信号，按现有技术进行滤波解调识别，发送到网路处理模块。另一方面将网路处理模块发来的需要发送的环境数据、人体生理数据和/或语音与视频数据数据包，按现有技术经以太网发送到上位机。

433M收发器模块，一方面，按时分复用方式接收采集环境数据的传感器上连接的433M收发器发送来的环境数据的信号，按现有技术进行滤波放大，然后解调出环境数据，发送到网路处理模块。另一方面433M收发器模块将网路处理模块发来的要发送的开或关采集环境数据的传感器和/或改变采集环境数据的传感器参数的的控制命令，按现有技术进行调制放大后输出到天线发射，经无线传输到采集环境数据的传感器上连接的433M收发器。

蓝牙4.0收发器模块，一方面，按时分复用方式接收采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器发送来的人体生理数据的信号，按现有技术进行滤波放大，解调出人体生理数据，然后通过SPI或UART接口发送到网络处理模块。另一方面通过SPI或UART接口，从网络处理模块获得需要发送的开或关采集人体生理数据的传感器和/或改变采集人体生理数据的传感器参数的控制命令，按现有技术进行调制放大后输出到天线发射，经无线传输到采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器。

WiFi模块，一方面，按时分复用方式接收语音和视频设备上连接的WiFi收发器发送来的语音和视频数据的信号，按按现有技术进行滤波放大解调，然后通过无线路由器发送到网络处理模块。另一方面经无线路由器接收网络处理模块需要发送的开或关语音和视频设备，和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，按现有技术进行调制放大后输出到天线发射，经无线宽带网WiFi传输到语音和视频设备上连接的WiFi收发器。

如图2所示，网络处理模块设有网络处理器，网络处理器连接有网络处理时钟模块、16M字节的同步动态随机存储器SDRAM、8M字节的NOR闪存器、WiFi射频匹配模块、变压器阵列、USB接口、UART接口、SPI和UART接口。WiFi射频匹配模块连接WiFi天线构成WiFi模块。本实施例利用网络处理器内置的有线局域网路由器专用接口连接由5个网络变压器PE68517并联组成的变压器阵列，经RJ45连接器直接接入以太网。

网络处理器采用RT5350，网络处理器内置有MIPS24KEc处理器，运行在360MHz，无线路由器和有线局域网路由器是RT5350的最主要的两个功能模块。

一方面，网络处理器分别通过UART接口接收433M收发器模块发送来的各类环境数据，通过SPI或UART接口接收从蓝牙4.0收发器模块发送来的各项人体生理数据，通过无线路由器接收WiFi模块收到的语音和视频数据。网络处理模块分别对环境数据、人体生理数据和语音与视频数据，先进行抽取和过滤：去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据。再进行缓冲：在网络处理模块中建立三个数据队列，数据队列1、数据队列2和数据队列3，将来自433M收发器模块的环境数据、蓝牙4.0收发器模块的人体生理数据和WiFi模块的语音和视频数据，分别暂存在数据队列1、2、3中。最后进行打包：从数据队列1、数据队列2和数据队列3中依次获取环境数据、人体生理数据和/或语音与视频数据，分别组成数据包，将路由器的网络地址Mac地址作为包头的一部分。将数据包经有线局域网路由器、网络处理模块上的局域网LAN接口和以太网，发送到网络服务器（上位机），或经3G接入模块的无线接口和通用移动通信***UMTS，发送到网络服务器（上位机）。

网络处理器按设定的从高到低的级别顺序将来自433M收发器模块、自蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块通信的数据包发送至网络服务器。设定的从高到低的级别顺序为：数据队列1为来自433M收发器模块的数据包级别最高优先，数据队列2为来自蓝牙4.0收发器模块的数据包级别中等次之，数据队列3为来自WiFi模块的数据包级别最低。网络处理器器首先将数据队列1中的所有数据包发往网络服务器，然后再将数据队列2中的所有数据包发往网络处理器，最后再将数据队列3中的数据包发往网络服务器。只有当高级数据队列的数据包全部发送完毕，才能发送较低级别数据队列的数据包，最后发送低级别数据队列的数据包。在发送较低或低级别数据队列的数据包的时候，如果高级别数据队列中有了新的数据队列，网络处理器会中断对较低或低级别数据队列的数据包的发送，发送高级别数据队列中的数据包。同样，在发送低级别数据队列的数据包的时候，如果较低级别数据队列中有了新的数据队列，网络处理器会中断对低级别数据队列的数据包的发送，发送较低级别数据队列中的数据包。

另一方面，网络处理器经以太网或3G接入模块接收上位机发来的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，按现有技术先进行抽取和过滤，进行整理分类：构建三个数据接收队列，分别为数据队列4、数据队列5和数据队列6，根据收到的数据的目标地址，分别将目标地址为433M收发器模块的数据暂存在数据队列4中，将目标地址为蓝牙4.0收发器模块的数据暂存在数据队列5中，将目标地址为WiFi模块的数据暂存在数据队列6中。抽取其中的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据。通过UART接口将开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令的数据转发到433M收发器模块，指令UART接口控制433M收发器模块将开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令的数据发送出去。通过SPI接口将开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据转发到蓝牙4.0收发器模块，指令UART接口控制蓝牙4.0收发器模块把开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据发送出去。通过无线路由器将开或关语音与视频设备、改变语音和视频设备参数的数据发到WiFi射频匹配模块，指令WiFi射频匹配模块将开或关语音与视频设备、改变语音和视频设备参数的命令的数据经WiFi天线发送出去。

网络处理器按照设定的从高到低的级别顺序与433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块通信发送数据队列。设定的从高到低的级别顺序为：433M收发器模块级别最高优先，蓝牙4.0收发器模块级别中等次之，WiFi模块级别最低。也即数据队列4、数据队列5和数据队列6中都有数据队列，网络处理器器首先将数据队列4中的所有数据包发往433M收发器模块，然后再将数据队列5中的所有数据包发往蓝牙4.0收发器模块，最后再将数据队列6中的数据包发往WiFi模块。在发送数据队列5或数据队列6的数据包时，如果数据队列4中有了新的数据队列，网络处理器会中断对发送数据队列5或数据队列6的数据包的发送，发送数据队列4中的数据包。同样，在数据队列6的数据包的时候，如果数据队列5中有了新的数据队列，网络处理器会中断对数据队列6的数据包的发送，发送数据队列5中的数据包。

网络处理器通过专用的16位宽的SDRAM接口连接的16M字节的SDRAM，用于存储路由器的***（***），通过SPI接口扩展8M字节NOR闪存器，用于存储***的目标代码和路由器的配置参数。路由器的配置参数为：路由方式、无线方式、工作频率和设备识别号ID列表。8M字节的NOR闪存器做为网络处理器的SPI从设备，它的数据信号连接到网络处理器的SPI数据接口上，片选信号连接到网络处理器片选CS0上。

网络处理时钟模块采用标准的40MHz有源晶体振荡器，给网络处理器提供基本工作时钟。

WiFi射频匹配模块由两组WiFi射频匹配电路构成。WiFi射频匹配电路由WiFi电感电容T型电路和片式平衡到非平衡转换元件Balun2450BL15B100串联组成，其中，一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路一端连接WiFi发射天线，其Balun连接到网络处理器的WiFi射频功率放大接口；另一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路连接WiFi接收天线，其Balun连接到网络处理器的射频接收接口。WiFi接收天线和发射天线都采用带有无线电天线SMA（Sub-Miniature-A）接口的鞭状天线，射频频率为2.4GHz，最大发射功率18dBm。

变压器阵列由5个独立的以太网变压器PE68517并联连接组成。变压器的原端连接到网络处理器的以太网物理层接口，副端连接到RJ45连接器。网络处理器的以太网指示信号直接连接到RJ45连接器对应的管脚上。RJ45连接器内置LED指示灯。

USB接口采用USB2.0HS接口，用于连接3G接入模块，实现网络处理器与3G接入模块通信。

UART接口用于连接433M收发器模块，实现网络处理器与433M收发器模块通信。

SPI和UART用于连接蓝牙4.0收发器模块，实现网络处理器与蓝牙4.0收发器模块通信。

如图3所示，433M收发器模块设有射频收发芯片，射频收发芯片经433M射频匹配电路与433M射频天线连接，射频收发芯还连接有433通信时钟电路。射频收发芯片通过UART接口与网络处理模块的网络处理器建立通信连接。

433M射频收发芯片采用CC430F5137，射频收发芯片完成433M射频信号的收发。CC430F5137的RF_N脚和RF_P脚直接连接到433M射频匹配电路，433M射频匹配电路再连接到天线。一方面，CC430F5137芯片经天线和433M射频匹配电路接收环境数据的传感器上连接的433M收发器发送来的环境数据的射频信号，按现有技术完成信号侦测，解调，模数AD转换成数字信号，缓冲，通过身份标识号码ID识别，把数据通过UART输出给网络处理器，完成433M数据上行传递。另一方面，CC430F5137芯片将从网络处理器发送来的要发送的开或关采集环境数据的传感器和/或改变采集环境数据的传感器参数的的控制命令，按现有技术进行缓冲，打包并加入目标传感器的ID，然后按照频移键控FSK方式进行数字调制，最后发送输出到433M射频匹配电路，经天线发射出去，从而完成对433MHz射频信号的收发。

433M射频匹配电路由433M电感电容T型电路、433M电感电容π型电路和两个433M电容电感L型电路构成。其中，433M电感电容T型电路与433MHz射频天线连接，433M电感电容π型电路一端连接到433M电感电容T型电路，完成射频信号的阻抗匹配并减少射频插损，另一端经两个串联的433M电感电容L型电路，再连接到CC430F5137的RF_N和RF_P脚，从而完成信号的单端到双端的匹配。

433M通信时钟电路由标准26MHz有源晶体振荡器构成。

如图4所示，3G接入模块设有3G模块，3G模块经3G匹配电路连接天线，3G模块还连接有SIM卡连接座。3G接入模块经USB2.0HS接口连接网路处理器。

3G模块采用LISA-U200-01S。

3G匹配电路由3G电感电容π型电路和3G电容电感T型电路串联构成，其中3G电容电感π型电路直接与天线连接，3G电容电感T型电路与3G模块LISA-U200-01S的ANT管脚相连接。

如图5所示，蓝牙4.0收发器模块设有蓝牙4.0收发器，蓝牙4.0收发器经2.4G射频匹配电路与板载天线连接，蓝牙时钟模块为蓝牙4.0收发器提供时钟信号。蓝牙4.0收发器模块经IPS和UART与网络处理模块的网络处理器建立通信连接。

蓝牙4.0收发器采用CSR8811，板载天线从空中接收到人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器发送来的人体生理数据的蓝牙无线信号，通过2.4GHz射频匹配电路传输到CSR8811，CSR8811将蓝牙无线信号按现有技术解调、通过ID识别提取该传感器的相关人体生理数据，然后通过SPI接口发送到网络处理器。网络处理器将需要发送的开或关采集人体生理数据的传感器和/或改变采集人体生理数据的传感器参数的控制命令通过SPI接口发送到CSR8811，CSR8811将需要发送的开或关采集人体生理数据的传感器和/或改变采集人体生理数据的传感器参数的控制命令，按现有技术进行数字调制后经2.4GHz射频匹配电路由板载天线发送。网络处理器经UART接口对CSR8811的工作状况进行控制，工作状况为：与路由器配对、停止工作、省电和数据发送。

蓝牙时钟电路由有源40MHz晶体振荡器构成。

2.4G射频匹配电路由2.4G电感电容π型电路和2.4G电容电感T形电路串联连接构成，2.4G电感电容π型电路和板载天线直接相连接，2.4G电感电容T型电路与CS8811的天线管脚连接。

板载天线由印刷电路板PCB按照之字型布线构成，实现2.4GHz发射和接收。

所述电感电容π型电路中间是电感，两端连接有电容。电感电容T型电路两侧是电感，中间连接有电容。电容电感L型电路由电感和电容连接构成。

如图6所示，本发明的的多频段无线传感器网数据路由器***（***），设有下发模块和上送模块。***设置在网络处理器的16M字节的SDRAM中。

下发模块设有服务器数据接收模块、服务器数据管理模块、433M传感器数据发送模块、蓝牙4.0传感器数据发送模块和WiFi传感器数据发送模块。

服务器数据接收模块接收网络服务器经以太网或通用移动通信***UMTS发来的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，按现有技术先进行抽取和过滤：去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，将其中的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据发送到服务器数据管理模块。

服务器数据管理模块接收到服务器数据接收模块发来的数据，进行整理分类，根据收到的数据的目标地址，分别将目标地址为433M收发器模块的数据暂存在数据队列4中，将目标地址为蓝牙4.0收发器模块的数据暂存在数据队列5中，将目标地址为WiFi模块的数据暂存在数据队列6中。按照设定的从高到低的级别顺序为：433M收发器模块级别最高优先，蓝牙4.0收发器模块级别中等次之，WiFi模块级别最低，在数据队列4、数据队列5和数据队列6中都有数据队列时，服务器数据管理模块首先将数据队列4中的数据分别打包发往433M传感器数据发送模块，然后再将数据队列5中的数据分别打包发往蓝牙4.0传感器数据发送模块，最后再将数据队列6中的数据分别打包发往WiFi传感器数据发送模块。在发送数据队列5或数据队列6的数据包时，如果数据队列4中有了新的数据队列，服务器数据管理模块会中断对发送数据队列5或数据队列6的数据包的发送，发送数据队列4中的数据包。同样，在数据队列6的数据包的时候，如果数据队列5中有了新的数据队列，服务器数据管理模块会中断对数据队列6的数据包的发送，发送数据队列5中的数据包。

433M传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令数据包，指令射频收发芯片将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集环境数据的传感器上连接的433M收发器。

蓝牙4.0传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据包，指令蓝牙收发器将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器。

433M传感器数据发送模块和蓝牙4.0传感器数据发送模块分别对发送的数据包进行校验：433M传感器数据发送模块和蓝牙4.0传感器数据发送模块分别将每次发送的数据封装成数据包，每个数据包的包头里都包含有一个独一无二的序列号，同时包头里包含有整个数据包的循环冗余校验码。数据包的接收方会对接收到的数据包进行解析并进行对应的循环冗余校验，如果数据正确，数据包的接收方会返回一个确认包给433M传感器数据发送模块或蓝牙4.0传感器数据发送模块；如果数据不正确，数据包的接收方会返回一个错误提示包给433M传感器数据发送模块或蓝牙4.0传感器数据发送模块。如果433M传感器数据发送模块或蓝牙4.0传感器数据发送模块没有收到确认包或收到了数据错误提示包，说明数据包发送错误或者数据包丢失。如果数据包发送错误或数据包丢失，则重发数据包。

WiFi传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关语音和视频设备、改变语音和视频设备参数的命令的数据包，指令WiFi射频匹配模块调制放大后输出到天线发射，发送到语音和视频设备上连接的WiFi收发器。

上送模块设有传感器数据发送模块、传感器数据管理模块、433M传感器数据接收模块、蓝牙4.0传感器数据接收模块和WiFi传感器数据接收模块。

433M传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集环境数据的传感器上连接的433M收发器发送来的环境数据的信号，按现有技术进行滤波放大，然后解调出环境数据，发送到传感器数据管理模块。

蓝牙4.0传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器发送来的人体生理数据的信号，按现有技术进行滤波放大，解调出人体生理数据，发送到传感器数据管理模块。

WiFi传感器数据接收模块按时分复用方式接收语音和视频设备上连接的WiFi收发器发送来的语音和视频数据的信号，按现有技术进行滤波放大解调，发送到传感器数据管理模块。

传感器数据管理模块分别对接收到的环境数据、人体生理数据和语音与视频数据，按现有技术先进行抽取和过滤：去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，建立三个数据队列，数据队列1、数据队列2和数据队列3，将来433M收发器模块的环境数据、自蓝牙4.0收发器模块的人体生理数据和WiFi模块的语音和视频数据，分别暂存在数据队列1、2和3中，每个列队中按照每次数据到达的时间次序依次放入队列。从数据队列1、数据队列2和数据队列3中依次获取每次的环境数据、人体生理数据和/或语音与视频数据，分别按现有技术组成数据包，将路由器的网络地址Mac地址作为包头的一部分，发送到传感器数据发送模块。

传感器数据发送模块将收到的数据队列1、2和3的数据包经有线局域网或通用移动通信***UMTS，发送到网络服务器（上位机）。发送的顺序按设置级别从高到低为：数据队列1为来自433M传感器数据接收模块的数据包，数据队列2为来自蓝牙4.0传感器数据接收模块的数据包，数据队列3为来自WiFi传感器数据接收模块的数据包。只有当高级数据队列的数据包全部发送完毕，才能发送较低级别数据队列的数据包，最后发送低级别数据队列的数据包。在发送较低或低级别数据队列的数据包的时候，如果高级别数据队列中有了新的数据队列，传感器数据发送模块会中断对较低或低级别数据队列的数据包的发送，发送高级别数据队列中的数据包。同样，在发送低级别数据队列的数据包的时候，如果较低级别数据队列中有了新的数据队列，传感器数据发送模块会中断对低级别数据队列的数据包的发送，发送较低级别数据队列中的数据包。

***与网络服务器（上位机）的通信采用TCP/IP的通信协议，发送数据包的时候具有数据校验和数据重传的功能。

本实施例中,采用OpenWRT操作***，设置有物联网通信协议：IEEE802.15.4标准、IEEE802.15.4C标准、ISO/IEC18000-7标准和ISO/IEC18000-4标准，可以用于蓝牙4.02.4G，433M和WiFi2.4G频率。适用于多种协议的物联网终端设备和广域IP通信网络以及移动通信网络互联互通。***用GNU C程序语言实现。

本实施例可同时支持蓝牙4.0，433M和WiFi感知设备的接入，可提供广域IP和移动网络的接入方式。在具体实施过程中可以根据客户的要求，传感器的类型和接入网络的类型进行增加或删减，使用方便灵活。

Claims (1)

1.一种多频段无线传感器网数据路由器，其特征在于：所述多频段无线传感器网数据路由器由网络处理模块、3G接入模块、433M收发器模块、蓝牙4.0收发器模块和WiFi模块组成，网络处理模块与3G接入模块、433M收发器模块和蓝牙4.0收发器模块建立通信连接，所述网络处理模块内置有与WiFi模块建立通信连接的无线路由器和与以太网建立通信连接的有线局域网路由器；

所述网络处理模块设有网络处理器，网络处理器连接有网络处理时钟模块、16M字节的同步动态随机存储器(SDRAM)、8M字节的闪存器、WiFi射频匹配模块、变压器阵列、通用串行总线(USB)接口、通用异步收发传输器(UART)接口、串行外设接口(SPI)和通用异步收发传输器(UART)接口；所述网络处理器采用RT5350；所述WiFi模块由WiFi射频匹配模块连接WiFi天线构成；所述变压器阵列由5个以太网变压器PE68517并联连接组成，变压器的原端连接到网络处理器的以太网物理层接口，副端连接到RJ45连接器；所述WiFi射频匹配模块由两组WiFi射频匹配电路构成，WiFi射频匹配电路由WiFi电感电容T型电路和平衡到非平衡转换元件(Balun)2450BL15B100串联组成，一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路一端连接WiFi发射天线，平衡到非平衡转换元件(Balun)连接到网络处理器的WiFi射频功率放大接口；另一组WiFi射频匹配电路的WiFi电感电容T型电路连接WiFi接收天线，平衡到非平衡转换元件(Balun)连接到网络处理器的射频接收接口；所述WiFi接收天线和发射天线射频频率为2.4GHz，最大功率18dBm；

所述3G接入模块通过通用串行总线(USB)接口与网络处理模块建立通信连接，433M收发器模块通过通用异步收发传输器(UART)接口与网络处理模块建立通信连接，蓝牙4.0收发器模块经串行外设接口(SPI)和通用异步收发传输器(UART)与网络处理模块建立通信连接，所述网络处理模块上设有与以太网建立通信连接的局域网(LAN)接口；

所述433M收发器模块与1-20个传感器上的433M收发器无线通信连接，蓝牙4.0收发器模块与1-15个传感器上的蓝牙4.0收发器无线通信连接，WiFi模块与1-5个语音和视频设备的WiFi收发器无线通信连接；

所述433M收发器模块设有射频收发芯片，射频收发芯片经433M射频匹配电路与433M射频天线连接；所述433M射频收发芯片采用CC430F5137；所述433M射频匹配电路由433M电感电容T型电路、433M电感电容π型电路和两个433M电感电容L型电路构成，433M电感电容T型电路与433MHz射频天线连接，433M电感电容π型电路一端连接到433M电感电容T型电路，另一端经两个串联的433M电感电容L型电路，连接到CC430F5137的RF_N和RF_P脚；

所述3G接入模块设有3G模块，3G模块经3G匹配电路连接天线；3G模块采用LISA-U200-01S；所述3G匹配电路由3G电感电容π型电路和3G电容电感T型电路串联构成，其中3G电感电容π型电路直接与天线连接，3G电感电容T型电路与LISA-U200-01S模块的ANT脚连接；

所述蓝牙4.0收发器模块设有蓝牙4.0收发器，蓝牙4.0收发器经2.4射频匹配电路与板载天线连接；所述蓝牙4.0收发器采用CSR8811；所述2.4G射频匹配电路由2.4G电感电容π型电路和2.4G电感电容T形电路串联连接构成，2.4G电感电容π型电路和板载天线连接，2.4G电感电容T型电路与CS8811的天线管脚连接；

所述433M收发器模块与采集家居安全、智能电表、矿井瓦斯监控、人员定位或设备管理数据的传感器上连接的433M收发器无线连接，蓝牙4.0收发模块与采集个人医疗健康监护或音频数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器无线连接，WiFi模块与网络浏览、即时通信、图片传输、音频或视频通信上连接的WiFi收发器无线连接；

所述433M收发器模块与采集环境数据的传感器上连接的433M收发器无线连接，蓝牙4.0收发模块与采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器无线连接，WiFi模块与语音和视频设备上连接的WiFi收发器无线连接；

所述16M字节的同步动态随机存储器(SDRAM)中设有多频段无线传感器网数据路由器***，所述多频段无线传感器网数据路由器***设有下发模块和上送模块；所述下发模块设有服务器数据接收模块、服务器数据管理模块、433M传感器数据发送模块、蓝牙4.0传感器数据发送模块和WiFi传感器数据发送模块；所述上送模块设有传感器数据发送模块、传感器数据管理模块、433M传感器数据接收模块、蓝牙4.0传感器数据接收模块和WiFi传感器数据接收模块；

所述服务器数据接收模块接收网络服务器经以太网或通用移动通信***发来的开或关采集环境数据和采集人体生理数据的传感器、改变采集环境数据和采集人体生理数据的传感器参数、开或关语音与视频设备和/或改变语音与视频设备参数的控制命令，或反馈来的音频与视频数据，去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，发送到服务器数据管理模块；

所述服务器数据管理模块接收到服务器数据接收模块发来的数据，分别将目标地址为433M收发器模块的数据暂存在数据队列4中，将目标地址为蓝牙4.0收发器模块的数据暂存在数据队列5中，将目标地址为WiFi模块的数据暂存在数据队列6中，按照设定的从高到低的级别顺序为：433M收发器模块级别最高优先，蓝牙4.0收发器模块级别中等次之，WiFi模块级别最低，首先将数据队列4中的数据分别打包发往433M传感器数据发送模块，然后再将数据队列5中的数据分别打包发往蓝牙4.0传感器数据发送模块，最后再将数据队列6中的数据分别打包发往WiFi传感器数据发送模块；

所述433M传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集环境数据的传感器、改变采集环境数据的传感器参数的命令数据包，指令射频收发芯片将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集环境数据的传感器上连接的433M收发器；

所述蓝牙4.0传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关采集人体生理数据的传感器、改变采集人体生理数据的传感器参数的命令的数据包，指令蓝牙收发器将该命令数据包调制放大后输出到天线发射，发送到采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器；

所述433M传感器数据发送模块和蓝牙4.0传感器数据发送模块对发送的数据包进行校验，如果数据包发送错误或数据包丢失，则重发数据包；

所述WiFi传感器数据发送模块接收到服务器数据管理模块发送来的开或关语音和视频设备、改变语音和视频设备参数的命令的数据包，指令WiFi射频匹配模块调制放大后输出到天线发射，发送到语音和视频设备上连接的WiFi收发器；

所述433M传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集环境数据的传感器上连接的433M收发器发送来的环境数据的信号，滤波放大，然后解调出环境数据，发送到传感器数据管理模块；

所述蓝牙4.0传感器数据接收模块按时分复用方式接收采集人体生理数据的传感器上连接的蓝牙4.0收发器发送来的人体生理数据的信号，滤波放大，解调出人体生理数据，发送到传感器数据管理模块；

所述WiFi传感器数据接收模块按时分复用方式接收语音和视频设备上连接的WiFi收发器发送来的语音和视频数据的信号，滤波放大解调，发送到传感器数据管理模块；

所述传感器数据管理模块分别对接收到的环境数据、人体生理数据和语音与视频数据，去掉数据包中的包头、进行数据校验、去掉冗余的校验数据，建立数据队列1、数据队列2和数据队列3，将来433M收发器模块的环境数据、自蓝牙4.0收发器模块的人体生理数据和WiFi模块的语音和视频数据，分别暂存在数据队列1、2和3中，每个列队中按照每次数据到达的时间次序依次放入队列，组成数据包，将路由器的网络地址Mac地址作为包头的一部分，发送到传感器数据发送模块；

所述传感器数据发送模块将收到的数据队列1、2和3的数据包经有线局域网或通用移动通信***，发送到网络服务器；发送的顺序按设置级别从高到低为：数据队列1为来自433传感器数据接收模块的数据包，数据队列2为来自蓝牙4.0传感器数据接收模块的数据包，数据队列3为来自WiFi传感器数据接收模块的数据包。